BASA NITROGEN: KLASIFIKASI DAN FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The basa nitrogen adalah senyawa organik heterocyclically kaya nitrogen. Mereka adalah bagian dari bahan penyusun asam nukleat dan molekul biologis lainnya, seperti nukleosida, dinukleotida, dan pembawa pesan intraseluler. Dengan kata lain, basa nitrogen adalah bagian dari unit yang menyusun asam nukleat (RNA dan DNA) dan molekul lain yang disebutkan.

Ada dua kelompok utama basa nitrogen: basa purin atau purin dan basa pirimidin atau pirimidin. Adenin dan guanin termasuk dalam kelompok pertama, sedangkan timin, sitosin, dan urasil adalah basa pirimidin. Basa ini umumnya dilambangkan dengan huruf pertamanya: A, G, T, C, dan U.

Basa nitrogen berbeda dalam DNA dan RNA.
Sumber: Pengguna: Terjemahan Sponk: Pengguna: Jcfidy

Bahan penyusun DNA adalah A, G, T dan C. Dalam urutan basa ini semua informasi yang diperlukan untuk pembangunan dan perkembangan organisme hidup dikodekan. Pada RNA, komponennya sama, hanya T diganti oleh U.

Struktur dan klasifikasi

Basa nitrogen adalah molekul datar, dari jenis aromatik dan heterosiklik, yang umumnya berasal dari purin atau pirimidin.

Cincin pirimidin

Struktur kimia pirimidin.

Cincin pirimidin adalah cincin aromatik heterosiklik beranggota enam dengan dua atom nitrogen. Atom-atom diberi nomor searah jarum jam.

Cincin purin

Struktur kimia purin.

Cincin purin terdiri dari sistem dua cincin: satu secara struktural mirip dengan cincin pirimidin dan yang lainnya mirip dengan cincin imidazol. Sembilan atom ini bergabung menjadi satu cincin.

Cincin pirimidin adalah sistem datar, sedangkan purin agak menyimpang dari pola ini. Ada sedikit lipatan atau kerutan antara cincin imidazol dan cincin pirimidin.

Sifat basa nitrogen

Aromatisitas

Dalam kimia organik, cincin aromatik didefinisikan sebagai molekul yang elektron dari ikatan rangkapnya memiliki sirkulasi bebas dalam struktur siklik. Mobilitas elektron di dalam cincin memberikan stabilitas pada molekul -jika kita membandingkannya dengan molekul yang sama-, tetapi dengan elektron yang terikat pada ikatan rangkap.

Sifat aromatik dari sistem cincin ini memberi mereka kemampuan untuk mengalami fenomena yang disebut tautomerisme keto-enol.

Artinya, purin dan pirimidin ada dalam pasangan tautomerik. Tautomer keto dominan pada pH netral untuk basa urasil, timin, dan guanin. Sebaliknya, bentuk enol lebih dominan untuk sitosin, pada pH netral. Aspek ini penting untuk pembentukan ikatan hidrogen antar basa.

Penyerapan sinar UV

Sifat lain dari purin dan pirimidin adalah kemampuannya untuk menyerap sinar ultraviolet (sinar UV) dengan kuat. Pola absorpsi ini merupakan konsekuensi langsung dari aromatisitas cincin heterosikliknya.

Spektrum absorpsi memiliki maksimum mendekati 260 nm. Peneliti menggunakan standar ini untuk mengukur jumlah DNA dalam sampel mereka.

Kelarutan air

Berkat karakter aromatik basa nitrogen yang kuat, molekul-molekul ini praktis tidak larut dalam air.

Basis nitrogen kepentingan biologis

Meskipun ada sejumlah besar basa nitrogen, kita hanya menemukan sedikit secara alami di lingkungan seluler organisme hidup.

Pirimidin yang paling umum adalah sitosin, urasil, dan timin (5-metilurasil). Sitosin dan timin adalah pirimidin yang biasanya ditemukan di heliks ganda DNA, sedangkan sitosin dan urasil umum ditemukan di RNA. Perhatikan bahwa satu-satunya perbedaan antara urasil dan timin adalah gugus metil pada karbon 5.

Demikian pula, purin yang paling umum adalah adenin (6-amino purin) dan guanin (2-amino-6-oxy purine). Senyawa ini berlimpah di molekul DNA dan RNA.

Ada turunan purin lain yang kita temukan secara alami di dalam sel, di antaranya xantin, hipoksantin, dan asam urat. Dua yang pertama dapat ditemukan dalam asam nukleat, tetapi dengan cara yang sangat langka dan spesifik. Sebaliknya, asam urat tidak pernah ditemukan sebagai komponen struktural biomolekul ini.

Bagaimana mereka kawin?

Struktur DNA dijelaskan oleh peneliti Watson dan Crick. Berkat penelitian mereka, dimungkinkan untuk menyimpulkan bahwa DNA adalah heliks ganda. Ini terdiri dari rantai panjang nukleotida yang dihubungkan oleh ikatan fosfodiester, di mana gugus fosfat membentuk jembatan antara gugus hidroksil (-OH) dari residu gula.

Struktur yang baru saja kami jelaskan ini menyerupai sebuah tangga dengan pegangannya masing-masing. Basa nitrogen adalah analog dengan tangga, yang dikelompokkan dalam heliks ganda melalui ikatan hidrogen.

Dalam jembatan hidrogen, dua atom elektronegatif berbagi proton di antara basa. Untuk pembentukan ikatan hidrogen, diperlukan partisipasi atom hidrogen dengan muatan sedikit positif dan akseptor dengan muatan negatif kecil.

Jembatan terbentuk antara H dan O. Ikatan ini lemah, dan pasti demikian, karena DNA harus terbuka dengan mudah untuk bereplikasi.

Aturan chargaff

Pasangan basa membentuk ikatan hidrogen dengan mengikuti pola pasangan purin-pirimidin berikut yang dikenal sebagai aturan Chargaff: pasangan guanin dengan pasangan sitosin dan adenin dengan timin.

Pasangan GC membentuk tiga tabung hidrogen satu sama lain, sedangkan pasangan AT hanya dihubungkan oleh dua jembatan. Dengan demikian, dapat diprediksi bahwa DNA dengan kandungan GC yang lebih tinggi akan lebih stabil.

Masing-masing rantai (atau pegangan tangan dalam analogi kita), berjalan berlawanan arah: satu 5 ′ → 3 ′ dan yang lainnya 3 ′ → 5 ′.

fitur

Bahan penyusun asam nukleat

Makhluk organik menghadirkan sejenis biomolekul yang disebut asam nukleat. Ini adalah polimer sangat besar yang terdiri dari monomer berulang - nukleotida, bergabung dengan jenis ikatan khusus, yang disebut ikatan fosfodiester. Mereka diklasifikasikan menjadi dua tipe dasar, DNA dan RNA.

Setiap nukleotida terdiri dari gugus fosfat, gula (tipe deoksiribosa dalam DNA dan ribosa dalam RNA), dan salah satu dari lima basa nitrogen: A, T, G, C dan U. Bila gugus fosfat tidak ada , molekul tersebut disebut nukleosida.

Dalam DNA

DNA adalah materi genetik makhluk hidup (dengan pengecualian beberapa virus yang terutama menggunakan RNA). Menggunakan kode 4-basa, DNA memiliki urutan untuk semua protein yang ada dalam organisme, serta elemen yang mengatur ekspresinya.

Struktur DNA harus stabil, karena organisme menggunakannya untuk menyandikan informasi. Namun, itu adalah molekul yang rentan terhadap perubahan, yang disebut mutasi. Perubahan materi genetik ini adalah bahan dasar untuk perubahan evolusioner.

Di RNA

Seperti DNA, RNA adalah polimer nukleotida, dengan pengecualian bahwa basa T digantikan oleh U. Molekul ini berbentuk pita tunggal dan memenuhi berbagai fungsi biologis.

Di dalam sel, ada tiga RNA utama. Messenger RNA adalah perantara antara DNA dan pembentukan protein. Ini bertugas menyalin informasi dalam DNA dan membawanya ke mesin penerjemah protein. RNA ribosom, tipe kedua, adalah bagian struktural dari mesin yang kompleks ini.

Jenis ketiga, atau RNA transfer, bertanggung jawab membawa residu asam amino yang sesuai untuk sintesis protein.

Selain tiga RNA “tradisional”, ada serangkaian RNA kecil yang berpartisipasi dalam pengaturan ekspresi gen, karena semua gen yang dikodekan dalam DNA tidak dapat diekspresikan secara konstan dan dalam besaran yang sama di dalam sel.

Organisme harus memiliki jalur untuk mengatur gennya, yaitu untuk memutuskan apakah gen tersebut diekspresikan atau tidak. Demikian pula, materi genetik hanya terdiri dari kamus kata-kata Spanyol, dan mekanisme pengaturannya memungkinkan terbentuknya sebuah karya sastra.

Bahan penyusun nukleosida trifosfat

Basa nitrogen adalah bagian dari nukleosida trifosfat, molekul yang, seperti DNA dan RNA, memiliki kepentingan biologis. Selain basa, itu terdiri dari pentosa dan tiga gugus fosfat yang dihubungkan bersama melalui ikatan energi tinggi.

Berkat ikatan ini, nukleosida trifosfat adalah molekul kaya energi dan merupakan produk utama jalur metabolisme yang mencari pelepasan energi. Di antara yang paling banyak digunakan adalah ATP.

ATP atau adenosin trifosfat terdiri dari adenin basa nitrogen, terkait dengan karbon yang terletak di posisi 1 dari gula jenis pentosa: ribosa. Di posisi lima karbohidrat ini, ketiga gugus fosfat saling terkait.

Secara umum, ATP adalah mata uang energi sel, karena dapat digunakan dan diregenerasi dengan cepat. Banyak jalur metabolisme umum di antara bahan organik yang menggunakan dan memproduksi ATP.

"Kekuatannya" didasarkan pada ikatan energi tinggi, yang dibentuk oleh gugus fosfat. Muatan negatif dari kelompok-kelompok ini berada dalam tolakan konstan. Ada penyebab lain yang mempengaruhi hidrolisis di ATP, termasuk stabilisasi resonansi dan solvasi.

Autacoid

Meskipun kebanyakan nukleosida tidak memiliki aktivitas biologis yang signifikan, adenosin merupakan pengecualian pada mamalia. Ini bekerja sebagai autacoid, analog dengan "hormon lokal" dan sebagai neuromodulator.

Nukleosida ini bersirkulasi dengan bebas di aliran darah dan bekerja secara lokal, dengan berbagai efek pada pelebaran pembuluh darah, kontraksi otot polos, pelepasan saraf, pelepasan neurotransmitter, dan metabolisme lemak. Ini juga terkait dengan regulasi detak jantung.

Molekul ini juga terlibat dalam pengaturan pola tidur. Konsentrasi adenosin meningkat dan menyebabkan kelelahan. Inilah sebabnya mengapa kafein membantu kita tetap terjaga: kafein memblokir interaksi saraf dengan adenosin ekstraseluler.

Blok struktural dari elemen regulasi

Sejumlah besar jalur metabolisme umum dalam sel memiliki mekanisme pengaturan berdasarkan tingkat ATP, ADP, dan AMP. Dua molekul terakhir ini memiliki struktur yang sama dengan ATP, tetapi telah kehilangan satu dan dua gugus fosfat.

Seperti yang telah kami sebutkan di bagian sebelumnya, ATP adalah molekul yang tidak stabil. Sel seharusnya hanya menghasilkan ATP saat dibutuhkan, karena harus digunakan dengan cepat. ATP sendiri juga merupakan elemen yang mengatur jalur metabolisme, karena kehadirannya menunjukkan kepada sel bahwa ia seharusnya tidak menghasilkan lebih banyak ATP.

Sebaliknya, turunan terhidrolisisnya (AMP), memperingatkan sel bahwa ATP hampir habis dan harus memproduksi lebih banyak. Jadi, AMP mengaktifkan jalur metabolisme untuk produksi energi, seperti glikolisis.

Demikian pula, banyak sinyal dari tipe hormonal (seperti yang terlibat dalam metabolisme glikogen) yang dimediasi secara intraseluler oleh molekul cAMP (c untuk siklik) atau oleh varian serupa tetapi dengan guanin dalam strukturnya: cGMP.

Membangun blok koenzim

Pada beberapa langkah dalam jalur metabolisme, enzim tidak dapat bekerja sendiri. Mereka membutuhkan molekul tambahan untuk dapat memenuhi fungsinya; Unsur-unsur ini disebut koenzim atau kosubstrat, istilah terakhir lebih sesuai, karena koenzim tidak aktif secara katalitik.

Dalam reaksi katalitik ini, ada kebutuhan untuk mentransfer elektron atau sekelompok atom ke substrat lain. Molekul bantu yang berpartisipasi dalam fenomena ini adalah koenzim.

Basa nitrogen adalah elemen struktural dari kofaktor ini. Di antara yang paling dikenal adalah nukleotida pirimidin (NAD ⁺ , NADP ⁺ ), FMN, FAD dan koenzim A. Ini berpartisipasi dalam jalur metabolisme yang sangat penting, seperti glikolisis, siklus Krebs, fotosintesis, antara lain.

Misalnya, nukleotida pirimidin adalah koenzim enzim yang sangat penting dengan aktivitas dehidrogenase, dan bertanggung jawab untuk pengangkutan ion hidrida.

Referensi

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Biologi sel esensial. Ilmu Garland.
2. Cooper, GM, & Hausman, RE (2007). Sel: pendekatan molekuler. Washington, DC, Sunderland, MA.
3. Griffiths, AJ (2002). Analisis genetik modern: mengintegrasikan gen dan genom. Macmillan.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Pengantar analisis genetik. Macmillan.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biokimia: teks dan atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Passarge, E. (2009). Teks dan atlas genetika. Panamerican Medical Ed.